某橡膠廠膠乳制備工段溶劑損失量計算分析和流程優(yōu)化

胡顯平（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東　廣州　　510655）

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某橡膠廠膠乳制備工段溶劑損失量計算分析和流程優(yōu)化

胡顯平
（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東廣州510655）

摘要：某廠膠乳制備工段采用石油醚作為溶劑，按照現(xiàn)有工藝工序操作，石油醚每年損失約85t～90t，造成一定的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。根據(jù)膠乳備制工藝流程和現(xiàn)場采集的運行數(shù)據(jù)，采用模擬軟件對各操作單元設(shè)備進行模擬，定量計算出每個工序石油醚損失量，分析得知石油醚損失的主要因素和工序；并提出流程優(yōu)化方案，給出改造建議。

關(guān)鍵詞：石油醚；溶劑；模擬；流程優(yōu)化

1. 工藝技術(shù)說明

某廠丁基膠乳制備工段采用“乳化法”，其主要工序為：溶解丁基膠→混合乳化劑→乳化→脫溶劑（蒸餾）→溶劑回收→濃縮膠乳。生產(chǎn)以石油醚（主要成分C6+）為溶劑、丁基橡膠為原料。常溫、常壓下，丁基橡膠在打漿罐內(nèi)溶解于石油醚，通過壓縮空氣把膠乳從打槳罐壓到混合罐，加入乳化劑、穩(wěn)定劑攪拌后，膠乳重力自流進入乳化槽乳化，乳化好的膠乳用齒輪泵打入高位槽，膠乳重力自流進入蒸餾塔，在蒸餾塔內(nèi)通過低壓飽和蒸汽抽提脫除石油醚，分離得到丁基膠乳產(chǎn)品，在蒸餾塔和膏化缸壓差推動下，產(chǎn)品進入膏化缸，對乳液進行濃縮，提高膠乳總固形物含量。抽提出的石油醚蒸汽微正壓、約98℃，在噴淋冷卻塔內(nèi)與28℃冷卻水混合冷卻至36℃，進入油水分離罐。分離罐內(nèi)靜置分層，上層為石油醚，下層為冷卻水。石油醚靠液位差回流至埋地石油醚儲罐，循環(huán)使用。冷卻水通過機泵輸送至涼水塔冷卻至28℃，28℃冷卻水循環(huán)進入噴淋冷卻塔。

2. 操作運行情況

（1）溶劑：石油醚儲存于埋地汽油儲罐，通過壓縮空氣壓入高位汽油量罐，分批次自流進入打漿罐，每批流量136kg，每天共12批次，石油醚循環(huán)使用量1632kg/班。每班次向埋地石油醚儲罐補充280kg石油醚。石油醚流經(jīng)的埋地儲罐、汽油量罐、打漿罐、混合罐、乳化槽、高位槽、油水分離罐均與大氣相通，蒸汽塔、噴淋冷卻塔、油水分離罐內(nèi)石油醚直接與水混合。本次理論計算，石油醚（C6+）按己烷。

表1廢水物性表

（2）廢水排放：埋地汽油儲罐通過DN25的管道定期排放含汽油廢水，每1小時排放一次，每次排放10min～15min。

（3）冷卻水：冷卻水循環(huán)量為50m3/h，涼水塔進水溫度36℃，出水溫度28℃。冷卻水槽示水位情況隨時補水，補充水管管徑DN50。

（4）低壓飽和蒸汽：低壓飽和蒸汽壓力為0.5MPa，進入蒸餾塔流量為200 kg/h。

（5）油水分離器：油水分離罐尺寸：Ф2000mm×6000mm，因進料、出料，罐內(nèi)上部油層液面波動高差約為0.4m。

3. 操作單元設(shè)備模擬計算

根據(jù)操作運行數(shù)據(jù)，采用軟件Aspen PlusV7.2模擬計算，得到石油醚進、出各工序操作過程中排向大氣量、解吸揮發(fā)量、廢水溶解量等理論計算值。

3.1排向大氣量

3.1.1進料呼出損失量

12批次石油醚循環(huán)量為1632kg。各儲罐、槽內(nèi)氣相空間為石油醚與空氣混合物，因進料和出料而儲罐和槽液位波動時，氣相混合物伴隨著呼出和吸入，為維持石油醚組分在氣相中的分壓平衡，液相石油醚揮發(fā)進入氣相和呼出排向大氣。

通過模擬計算，各罐、槽因“呼吸”排放的損失量如下：汽油儲罐，1.72kg/班；汽油量罐，1.39kg/班；打漿罐，1.43kg/班；混合罐，3.56kg/班；膠乳乳化槽，3.11kg/班；高位槽，2.56 kg/班；油水分離罐，2.52kg/班。

3.1.2熱膨脹呼出損失量

因外界環(huán)境溫度的變化引起的油品損耗稱為“小呼吸”。石油醚停留在打漿罐、混合罐、膠乳乳化槽與高位槽和儲存汽油儲罐期間，有不同程度的“小呼吸”損失。汽油儲罐為埋地儲罐，受晝夜溫差及太陽輻射的影響較小，罐內(nèi)石油醚因“小呼吸”損失較小。

打漿罐、混合罐和膠乳乳化槽內(nèi)會因攪拌發(fā)熱，打漿罐中溶解丁基橡膠時釋放少量的熱，罐內(nèi)物料溫度升高，提高有機溶劑的揮發(fā)速率。根據(jù)經(jīng)驗估算，本工段的石油醚每年“小呼吸”與“熱呼吸”損耗約達3t。

3.2解吸揮發(fā)量

來自蒸餾塔的98℃石油醚和水蒸汽混合物進入噴淋冷卻塔，經(jīng)28℃冷卻水噴淋冷卻至36℃，氣相全部冷凝，冷凝液重力自流進入油水分離罐。石油醚與水分層分離，上層為石油醚，下層為冷卻水，冷卻水中溶解有微量石油醚。36℃冷卻水由50m3/h輸送泵打入廠房樓頂涼水塔，冷卻至28℃返回至噴淋冷卻塔。循環(huán)水在冷水塔內(nèi)降溫過程中，溶解于冷卻水中的微量石油醚也會氣化擴散進入空氣，平衡空氣中石油醚分壓。模擬計算結(jié)果為：石油醚解吸揮發(fā)進入空氣量為236.87kg/班。

3.3廢水溶解量

微量水溶解于石油醚，從油水分離罐上層利用重力自流進入埋地儲罐。經(jīng)靜置分層，埋地管底部會有水層，需定期排放含油污水。取排放污水流速2.0m/s，根據(jù)操作運行情況，初算廢水排放量為8.83m3/班。石油醚在水中溶解量數(shù)據(jù)見表1。

4. 石油醚損失主要因素分析

根據(jù)現(xiàn)場采集信息，取年操作300天，年損失量約為84t。模擬計算的各項理論損失量占總損失量比例見表2。

表2損失量計算值

從表2中可知，溶解于冷卻水中石油醚在冷水塔中解吸揮發(fā)損失量為主要因素，其次為進料呼出，其后依次為熱膨脹呼出，含油廢水排放。

5. 建議改造方案

5.1噴淋冷卻塔

冷卻水在噴淋冷卻塔中直接接觸，由于冷卻水循環(huán)量50m3/h，冷卻水溶解石油醚量較大，導致在涼水塔內(nèi)大量石油醚揮發(fā)排入空氣。噴淋冷卻塔改為板式換熱器或管殼式換熱器。此改造方案可以消除石油醚溶解于水而導致大量石油醚損失。

5.2密閉排放

油水分離罐、汽油儲罐、汽油量罐、打漿罐、混合罐、膠乳乳化槽和高位槽頂部增設(shè)通氣管、呼吸閥，呼出氣體密閉排放。各罐、槽廢氣進入廢氣排放總管，在車間頂部增設(shè)一臺廢氣冷凝器，廢氣經(jīng)冷凝器與冷物流換熱后，冷凝液回流至汽油儲罐。車間現(xiàn)有冷源為冷卻水，供水溫度28℃，回水溫度36℃?？紤]換熱器傳熱面積選取的經(jīng)濟型和合理性，熱、冷兩側(cè)傳熱溫差≥5℃，則廢氣溫度低于40℃時，冷卻水不符合要求。本廠無冷凍水，需設(shè)置一套小型制冷機組。

5.3廢水處理

增設(shè)機械切水器，減少因人工排放廢水誤排、多排導致的石油醚損失；廢水采用膜分離設(shè)備分離回收石油醚，回收的石油醚回流至汽油儲罐。

6. 建議

從經(jīng)濟、環(huán)保方面考慮，有必要對某廠膠乳制備工段流程進行改造優(yōu)化。根據(jù)上述計算、分析結(jié)果，給出建議如下：

（1）噴淋冷卻塔改為板式換熱器或管殼式換熱器。此改造方案為重點，節(jié)省的石油醚量71.06t/年，占石油醚補充量84.60%。

（2）油水分離罐、汽油儲罐、汽油量罐、打漿罐、混合罐、膠乳乳化槽和高位槽頂部通氣管改為呼吸閥，呼出氣體密閉排放。此項改造為可選項，可改善環(huán)保和職業(yè)衛(wèi)生條件。

（3）汽油儲罐排放廢水，不進行廢水油分離處理，可維持現(xiàn)狀，廢水排入工廠污水處理池集中處理。

參考文獻

［1］劉達奎.對丁基膠乳制備工藝的幾點看法［J］.特種橡膠制品，1981（3）：15-19.

中圖分類號：TQ336.8

文獻標識碼：A